Особенности гетерогенного катализа

Гетерогенный катализ отличается от гомогенного катализа тем, что он происходит на межфазной поверхности в мономолекулярном слое. На практике гетерогенный катализ реализуется в двух вариантах:

  • 1) катализатор образует твердую фазу, а реагенты и продукты - в паровой фазе;
  • 2) катализатор находится в твердой фазе, а реагенты и продукты реакции - в жидкой фазе.

В гетерогенном катализе роль катализатора играет не отдельная молекула или ион поверхности, а их агрегаты.

Для объяснения механизма гетерогенного катализа были предложены несколько теорий. Согласно теории активных центров Г. Тейлора, активные агрегаты возникают в тех местах на поверхности катализатора, где атомы, молекулы или ионы на поверхности слабее связаны с кристаллической решеткой. Тогда на этом участке концентрируется значительная свободная поверхностная энергия. Предполагается, что такие участки составляют всего 0,1 % от всей поверхности катализатора.

Мулътиплетная теория катализа А. А. Баландина предполагает,

что:

  • 1) активный центр представляет собой совокупность определенного числа адсорбционных центров на поверхности катализатора;
  • 2) совокупность адсорбционных центров активного центра геометрически соответствует строению молекулы реагента;
  • 3) при взаимодействии молекулы реагента с активным центром поверхности в ней происходит перераспределение электронных плотностей, приводящее к образованию продукта реакции.

Теория каталитически активных ансамблей Н. И. Кобозева предполагает, что на поверхности активные центры представляют аморфную структуру из 2...4-х атомов металлов, которые не входят в кристаллическую решетку твердой фазы катализатора.

Гетерогенный катализ можно разделит на 5 стадий:

  • Г) транспорт реагирующих веществ на поверхность твердого катализатора (диффузия);
  • 2) адсорбция (раздел 6.3) реагирующих веществ на поверхности катализатора;
  • 3) реакция на поверхности;
  • 4) десорбция продуктов реакции с поверхности катализатора;
  • 5) т ранспорт продуктов реакции в объем реакционной системы.

Стадии 1, 5 называются диффузионными, а стадии 2, 3, 4 - кинетическими. Как правило, при невысоких температурах кинетические стадии являются лимитирующими. Характерными признаками этого являются: а) любой порядок реакции; б) значительная зависимость скорости реакции от температуры; в) зависимость скорости реакции от величины поверхности катализатора; г) независимость скорости реакции от условий, влияющих на диффузию (от разности концентраций, плотностей и давления в различных частях системы).

С повышением температуры, лимитирующими становятся диффузионные стадии гетерогенного катализа. Характерные признаки лимитирования гетерогенного катализа диффузионными стадиями: а) первый порядок реакции; б) слабое влияние температуры на скорость реакции; в) зависимость скорости реакции от площади поверхности катализатора; г) существенное влияние условий на скорость реакции, от которых зависит процесс диффузии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >